光电子集成芯片立强论坛

研究报告
光量子器件及芯片
发布时间:2021.08.24

撰稿人:王剑威(北京大学)、何琼毅(北京大学)

1.      专题简介:

本专题围绕光量子芯片的不同材料体系、量子光源和单光子探测器、量子纠缠态的制备与量子操控,及其在量子密钥分发和量子计算中的应用等出发,探讨光量子器件及其芯片的发展趋势。发言嘉宾均来自于国内光量子芯片领域的专家学者。

本专题共计包括10份报告,其中3份报告重点介绍目前主流的光量子芯片材料体系,包括硅、铌酸锂和二氧化硅等;3份报告讨论核心光量子器件及其功能模块,包括量子纠缠光源、多光子源和单光子探测器等;2份报告讨论基于光子芯片的量子密钥分发和量子网络实验进展及其发展趋势;2份报告讲述了基于光量子芯片的量子计算和量子模拟的实验进展。专题各报告内容紧贴主题,既有广度又有深度,为与会人员提供了很有价值的参考。


2.      主要观点:

1)      光量子芯片利用半导体微纳制造技术加工大规模集成的高性能量子器件,实现片上光量子态的高效制备、操控和探测,是实现量子密码、量子计算和量子模拟的重要途径。目前该领域存在的主要技术问题包括:如何实现高亮度、高纯度、高效率、规模化可集成性等关键指标同时满足的集成单光子源,如何实现低损耗、可编程、高保真度的大规模集成量子光路,如何实现高速度、高效率的集成型单光子探测器阵列等;

2)       芯片集成化是量子密码技术走向实际应用的关键,实现低成本、高性能是其关键技术指标。专用型光量子计算技术已获得了重要突破,例如九章玻色采样型光量子计算机已展现出远优于经典计算机的计算能力。研究芯片集成化的专用型光量子计算机、可编程量子计算芯片是主要发展趋势。片上模拟复杂化学和物理问题是光量子计算和量子模拟的重要应用;

3)       集成光量子信息技术可以使光量子信息系统实现更简便和稳定,是实现大规模光量子信息系统的关键。目前光量子信息技术能够支持的系统规模依然有限,如何发展新机制、新原理和新方法提升光量子信息功能集成的规模是光量子信息应用发展的迫切要求。


3.      发展建议:

本专题即是聚焦于光量子芯片的材料、器件、物理和应用,属于量子信息和集成光子学的新型交叉领域。建议推进关键光量子功能器件和芯片技术的自主研发,包括量子纠缠光源、超导纳米线单光子探测器和大规模集成光量子芯片等。建议重点研究片上复杂光量子纠缠态的制备和量子调控技术。建议发展量子密钥分发终端光量子芯片和基于量子纠缠分发网络的量子芯片。建议重点发展专用型、通用可编程型光量子计算芯片和量子模拟芯片。